DE102004037776A1 - Windscreen water droplet detection sensor has stray field capacitive sensor module bonded to rear of glass ceramic structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Detektion einer Flüssigkeit, insbesondere von Wassertropfen, auf der Vorderseite eines eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden flächigen Objekts. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Sensors zur Detektion einer Flüssigkeit, insbesondere von Wassertropfen, auf der Vorderseite eines eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden flächigen Objekts.The The present invention relates to a sensor for detecting a Liquid, especially of water droplets, on the front of a front and a back having flat object. Furthermore, the present invention relates to a use a sensor for detecting a liquid, in particular of Drops of water, on the front of a front and a back having flat surface Object.
Sensoren der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in unterschiedlichen Ausführungsformen und Größen. Dabei werden derartige Sensoren beispielsweise als Regensensor in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Sensor wird in dem bekannten Fall auf der Innenseite einer Windschutzscheibe angeordnet, um Regentropfen zu detektieren, die auf die Außenseite der Windschutzscheibe gelangen. In diesem Fall bildet die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ein flächiges Objekt, auf dessen Vorderseite der Regen auftrifft und auf dessen Rückseite der Sensor angeordnet ist.sensors The type mentioned above are known from practice and exist in different embodiments and sizes. there Such sensors, for example, as a rain sensor in motor vehicles used. The sensor is in the known case on the inside a windshield arranged to detect raindrops, on the outside get to the windshield. In this case, the windscreen forms a motor vehicle a flat Object, on the front of the rain hits and on the back the sensor is arranged.
Die bekannten Regensensoren arbeiten überwiegend optisch, wobei ein von einem Sender ausgesendeter Lichtstrahl durch Wassertropfen auf der Windschutzscheibe bzw. Glasoberfläche und die entsprechende Brechung an den Kanten umgelenkt wird. Auf der Empfängerseite trifft dann weniger Licht auf.The known rain sensors work mainly optically, with a emitted by a transmitter light beam through drops of water on the Windscreen or glass surface and the corresponding refraction is deflected at the edges. On the receiver side then meets less Light up.
Das bekannte Arbeitsprinzip ist jedoch vor allem bei gekrümmten Scheiben und bei verschmutzter Oberfläche kritisch. Die Detektion des Wassers ist dann häufig fehlerhaft.The However, known working principle is especially for curved discs and with dirty surface critical. The detection of the water is then often faulty.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor und eine Verwendung eines Sensors der eingangs genannten Art anzugeben, wonach eine sichere Detektion einer Flüssigkeit auf der Vorderseite eines flächigen Objekts mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a sensor and to specify a use of a sensor of the type initially mentioned, then a safe detection of a liquid on the front a flat Object is achieved with structurally simple means.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Sensor derart ausgestaltet und weitergebildet, dass er ein kapazitives Sensormodul aufweist, wobei der Sensor auf die sich durch die Anwesenheit der Flüssigkeit ändernde Dielektrizi tätskonstante reagiert und so die Anwesenheit der Flüssigkeit auf der Vorderseite detektierbar ist.According to the invention above task by a sensor having the features of the claim 1 solved. Thereafter, the sensor is configured and further developed such that he has a capacitive sensor module, wherein the sensor on the itself by the presence of the liquid changing Dielektrizi tätskonstante reacts and so the presence of the liquid on the front is detectable.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass eine Detektion einer Flüssigkeit auf der Vorderseite eines flächigen Objekts nicht nur auf der Basis optisch arbeitender Sensoren erreichbar ist. Hierzu ist dann in weiter erfindungsgemäßer Weise ein Sensor bereitgestellt, der ein kapazitives Sensormodul aufweist. Der Sensor reagiert dabei auf die sich durch die Anwesenheit der Flüssigkeit ändernde Dielektrizitätskonstante, wodurch die Anwesenheit der Flüssigkeit auf der Vorderseite detektierbar ist. Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht die sichere Detektion einer Flüssigkeit auch bei gekrümmten Scheiben oder flächigen Objekten und verschmutzten Oberflächen.In according to the invention is first It has been recognized that a detection of a liquid on the front a flat Object not only accessible on the basis of optically operating sensors is. For this purpose, a sensor is provided in a further inventive manner, having a capacitive sensor module. The sensor reacts to the dielectric constant changing by the presence of the liquid, whereby the presence of the liquid is detectable on the front. The sensor according to the invention allows the safe detection of a liquid even with curved Slices or flat Objects and soiled surfaces.
Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Sensor ein Sensor angegeben, bei dem eine sichere Detektion einer Flüssigkeit auf der Vorderseite eines flächigen Objekts mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.consequently is with the sensor according to the invention a sensor specified in which a reliable detection of a liquid on the front of a flat Object is achieved with structurally simple means.
Im Hinblick auf eine besonders sichere Detektion einer Flüssigkeit könnte das Sensormodul einen Streufeldkondensator aufweisen. Das Streufeld könnte dabei durch das flächige Objekt vorgedämpft werden.in the With regard to a particularly reliable detection of a liquid could the sensor module having a stray field capacitor. The stray field could be there through the plane Object to be pre-damped.
Weiter im Hinblick auf eine sichere und zuverlässige Detektion der Flüssigkeit könnte das Sensormodul auf der Rückseite des Objekts angeordnet sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Sensormodul möglichst dicht an der Rückseite anzubringen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zwischen Sensormodul und Objekt zu vermeiden. Hierzu könnte das Sensormodul unmittelbar an der Rückseite angeordnet sein. Insbesondere könnte das Sensormodul mit der Rückseite verklebt sein.Further with a view to safe and reliable detection of the liquid could the sensor module on the back of the object. It is particularly advantageous the sensor module as possible close to the back to attach to moisture ingress between sensor module and avoid object. For this purpose, the sensor module could be immediate at the back be arranged. In particular, could the sensor module with the back be glued.
In einem bevorzugten Anwendungsfall könnte das Objekt eine Glasscheibe und insbesondere eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs sein. In diesem Fall wird das Sensormodul auf der Innenseite des Kraftfahrzeugs auf der Innenseite der Windschutzscheibe angebracht. Das Objekt könnte jedoch alternativ aus einer Keramik oder aus einem Kunststoff bestehen.In In a preferred application, the object could be a glass sheet and in particular a windshield of a motor vehicle. In In this case, the sensor module on the inside of the motor vehicle mounted on the inside of the windshield. The object could but alternatively consist of a ceramic or a plastic.
Da die Dielektrizitätskonstante von Wasser – etwa 80 – wesentlich höher als von Glas – etwa 6 – ist, reagiert der Sensor auch bei einer unterschiedlich dicken Glasscheibe auf Wasser, das sich an der Außenseite der Scheibe befindet.There the dielectric constant from water - about 80 - essential higher than of glass - about 6 - is, the sensor reacts even with a different thickness of glass on water, which is on the outside the disc is located.
Bei einer besonders vorteilhaften Situation könnte das Objekt eine elektrisch leitende Schicht oder Folie aufweisen. Eine derartige Schicht oder Folie könnte dann als Bestandteil des Sensors ausgenutzt werden.at In a particularly advantageous situation, the object could be an electric have conductive layer or foil. Such a layer or Foil could then be exploited as part of the sensor.
Im Konkreten könnte die elektrisch leitende Schicht oder Folie aus Metall oder einer Metallbedampfung bestehen oder eine Metallbedampfung oder eine Bedampfung mit einem elektrisch leitenden Material aufweisen. Die elektrisch leitende Schicht oder Folie könnte beispielsweise eine Zwischenschicht zwischen zwei Glasscheiben oder Bestandteil einer Verbundglasscheibe sein, wie sie beispielsweise als Windschutzscheibe von Kraftfahrzeugen verwendet wird.Concretely, the electrically conductive layer or foil could consist of metal or a metal vaporization or a metal vaporization or have a vapor deposition with an electrically conductive material. The electrically conductive layer or film could be, for example, an intermediate layer between two glass panes or part of a laminated glass pane, as used for example as a windshield of motor vehicles.
Die Zwischenschicht könnte auch durch eine Metallbedampfung der Innenfläche einer der beiden Glasscheiben gebildet sein. Eine Folie ist daher nicht zwingend erforderlich.The Intermediate layer could also by a metallization of the inner surface of one of the two glass panes be formed. A film is therefore not mandatory.
Die Schicht oder Folie oder Metallbedampfung könnte in Teilbereiche unterteilt sein und die Teilbereiche könnten dann die Flächen des kapazitiven Sensors bilden. Dies könnte insbesondere im Fall der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs realisiert werden, wobei dann beispielsweise eine als Zwischenschicht vorliegende metallbedampfte Folie der Windschutzscheibe als Teil des Sensors genutzt werden könnte.The Layer or foil or Metallevampfung could be divided into subregions could be and the subareas then the surfaces form the capacitive sensor. This could be especially true in the case of the windshield a motor vehicle can be realized, in which case, for example a present as an intermediate layer metallized film of the windshield could be used as part of the sensor.
Die Einkopplung des Sensorsignals könnte dabei insbesondere kontaktbehaftet durchführbar sein. Hierbei könnte die Verbindung zwischen den leitenden Flächen und der zu dem Sensor zugehörigen Elektronik durch eine direkte Kontaktierung der Flächen erfolgen. Hierbei könnte eine elektrische Verbindung jedes Teilbereichs an den Rand geführt und dort kontaktiert werden.The Coupling of the sensor signal could thereby in particular be contact-based feasible. This could be the Connection between the conductive surfaces and the sensor associated electronics done by a direct contacting of the surfaces. This could be a electrical connection of each sub-range led to the edge and there be contacted.
Bei einer besonders eleganten Ausgestaltung könnte die Einkopplung des Sensorsignals kontaktlos im Sinne einer kapazitiven Kopplung durchführbar sein. Hierzu könnte auf der Rückseite des Objekts eine spezielle Ansteuerfläche angeordnet sein.at a particularly elegant embodiment could be the coupling of the sensor signal be contactless in the sense of a capacitive coupling feasible. Could do this on the back side the object may be arranged a special drive surface.
Insbesondere bei der Anwendung des Sensors als Regensensor im Kraftfahrzeugbereich wäre es für den Betrieb des Sensors lediglich erforderlich, den Sensor einmalig auf die Einbausituation zu kalibrieren. Dies könnte in einfacher Weise manuell erfolgen. Alternativ hierzu könnte dem Sensormodul eine Elektronik zur automatischen Kalibrierung des Sensors zugeordnet sein. In diesem Fall könnte sich der Sensor quasi automatisch an durch das Objekt vorgegebene Randbedingungen anpassen.Especially in the application of the sensor as a rain sensor in the automotive field would it be for the Operation of the sensor only required, the sensor once to calibrate to the installation situation. This could be done manually in a simple way respectively. Alternatively, could the sensor module electronics for automatic calibration of the Be associated with sensors. In this case, the sensor could be quasi Automatically adjust boundary conditions specified by the object.
Der erfindungsgemäße Sensor ist grundsätzlich auch an Dachfenstern in Kraftfahrzeugen oder ganz allgemein an Fenstern von beispielsweise Häusern einsetzbar. Dabei könnte beispielsweise ein automatisches Schließen der Fenster bei aufkommendem Regen durch den Sensor ausgelöst werden. In jedem Fall ist es zur Gewährleistung einer guten Funktion des Sensors günstig, zwischen Sensormodul und Objekt möglichst keinen Luftspalt zu erzeugen.Of the inventive sensor is basically also on skylights in motor vehicles or generally on windows for example houses used. It could For example, an automatic closing of the window when emerging Rain triggered by the sensor become. In any case, it is to ensure a good function favorable for the sensor, between sensor module and object as possible no air gap produce.
Als Besonderheit könnte der Sensor auch eine mit einem leitfähigen Material oder Medium beschichtete Folie aufweisen. Bei Durchsichtigkeit der leitfähigen Schicht könnte in Verbindung mit einer transparenten Trägerfolie ein vollständig durchsichtiger Sensor hergestellt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Folie oder Trägerfolie elektrisch leitfähig ist, so lange nur ein ausreichend leitfähiges Material oder Medium auf die Folie aufgebracht ist.When Peculiarity could the sensor also has a conductive material or medium coated film. For transparency of the conductive layer could in conjunction with a transparent carrier film a completely transparent Sensor are manufactured. It is not necessary that the film or carrier film electrically conductive is, as long as only a sufficiently conductive material or medium is applied to the film.
Die Messung mit kapazitivem Sensormodul ist im Hinblick auf Verschmutzung sehr unempfindlich. Im Allgemeinen weist eine trockene Schmutzschicht eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 7 auf. Salz weist beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,5 und Gummi von etwa 3 auf. Erst bei einer „Befeuchtung" der Schmutzschicht reagiert der Sensor.The Measurement with capacitive sensor module is in terms of pollution very insensitive. Generally has a dry dirt layer a dielectric constant from 2 to 7 on. For example, salt has a dielectric constant of about 5.5 and rubber of about 3 on. Only with a "humidification" of the dirt layer the sensor reacts.
Bei Verwendung einer Glasscheibe als flächiges Objekt ist zu bemerken, dass je dicker die Glasscheibe ist, desto geringer die Empfindlichkeit ist bzw. desto größer die Sensorsfläche sein sollte.at Use of a glass sheet as a flat object is to be noted the thicker the glass sheet, the lower the sensitivity is or the larger the sensor surface should be.
Im Besonderen könnte der Sensor bei einer Verwendung an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs im Wischerbereich platziert werden. Der Wischergummi wird dabei aufgrund seiner niedrigen Dielektrizitätskonstanten nicht detektiert und beseitigt aber die Wasserschicht im Bereich des Sensors. Je nach Intensität beispielsweise des Regens könnte die Geschwindigkeit des Scheibenwischers gesteuert werden.in the Special could the sensor when used on the windshield of a motor vehicle be placed in the wiper area. The wiper rubber will be there not detected due to its low dielectric constant and removes the water layer in the area of the sensor. ever according to intensity For example, the rain could Speed of the windscreen wiper are controlled.
Grundsätzlich ist festzuhalten, dass die zum Sensor zugehörige Auswerteelektronik auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden kann und funktionieren kann.Basically note that the transmitter associated with the transmitter on different way can be realized and work can.
Im Hinblick auf die Verwendung eines Sensors zur Detektion einer Flüssigkeit ist zur Lösung der obigen Aufgabe gemäß Patentanspruch 16 die Verwendung eines ein kapazitives Sensormodul aufweisenden Sensors zur Detektion einer Flüssigkeit, insbesondere von Wassertropfen, auf der Vorderseite eines eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden flächigen Objekts beansprucht, wobei der Sensor auf die sich durch die Anwesenheit der Flüssigkeit ändernde Dielektrizitätskonstante reagiert und so die Anwesenheit der Flüssigkeit auf der Vorderseite detektierbar ist.in the With regard to the use of a sensor for the detection of a liquid is the solution the above object according to claim Figure 16 illustrates the use of a capacitive sensor module Sensor for detecting a liquid, especially of water droplets, on the front of a front and a back having flat surface Object claimed, wherein the sensor is affected by the presence changing the fluid permittivity reacts and so the presence of the liquid on the front is detectable.
Hinsichtlich der Vorteile der beanspruchten Verwendung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden, zur Ausgestaltung des Sensors angegebenen Vorteile verwiesen.Regarding The advantages of the claimed use is to avoid Repetitions to the preceding, to the design of the sensor referenced benefits.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenThere are now different ways that To design and develop the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the claims subordinate to claim 1, on the other hand, to refer to the following explanation of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. In conjunction with the explanation of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing show
Im
Konkreten ist der Sensor hinter einem Objekt
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.Regarding further advantageous embodiments and developments of the teaching of the invention is to avoid repetition on the one hand to the general Part of the description and on the other hand refer to the appended claims.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.In conclusion, be particularly emphasized that the previously purely arbitrarily chosen embodiments for discussion only the teaching of the invention serve, but do not limit these to these embodiments.
Claims (16)
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